陡坎斜井在水土保持中的分析与评价

【摘 要】黄土高塬沟壑区由于地貌水力侵蚀严重造成地形破碎，沟谷发育，冲沟切割较深，地势起伏大，落差高达百米以上，沟坡陡峻。管道工程穿越黄土陡坡地段除采用传统的大开挖方案外也可采用定向钻方案和经济、环境友好的陡坎斜井方案。陡坎斜井能有效减少地表扰动，减少开挖土方，具有经济和水土保持方面的较大优势。

【关键词】陡坎斜井；水土保持；分析；评价

引言

为了降低施工难度，减少对地貌的破坏和开挖土方，加强水土保持、保护自然环境以及管道安全，对于坡度较大的黄土沟壑梁峁，采取了陡坎斜井的施工方式。

1 陡坎斜井

陡坎斜井主要应用在管道工程穿越黄土陡坡及沟壑地段，现状沟坡较陡，黄土层深厚且土质坚硬较好的区域，采用人工斜井正井法施工，即人工自上而下在陡坎上开挖形成斜井，为后期工程施工提供作业面。陡坎斜井在胜利油建线路三标段以及整个管道工程中普遍采用，取得了较好的效果，水土保持效益明显。

2 陡坎斜井的特点及适用范围

2.1 陡坎斜井的特点

①自然地貌得到了最大保护

对于坡度较大，高度较高的陡坡，采用陡坎斜井方式，减少了工程的大量土方开挖，减少了工程弃渣，最大程度的减少了对地表扰动和破坏。

②施工成本降低

采用陡坎斜井方式施工投入机械较小且较少，斜井支护材料当地容易解决，而且可以利用较小的场地进行施工，开挖土方较少，减少了土方周转，解决了工程弃渣难题，有效降低了施工成本。

2.2 适用范围

陡坎斜井适用于8m≤H≤80m的黄土陡坡及沟壑地段，且土质需密实、整体性好的区域。斜井与水平地面角度一般在12°～30°之间为宜。

3 陡坎斜井方案的分析与评价

针对大开挖方案、定向钻方案和陡坎斜井方案进行对比分析，从经济、施工以及水土保持制约性方面进行评价各方案的特点。

按照胜利油建线路三标段JLX073-3～JLX073-4段进行对比分析，即斜坡高度75m，大开挖坡度按30°进行；陡坎斜井按坡度27°进行；考虑到地形的实际情况定向钻入土角按20°考虑。

3.1 从经济角度进行分析

①工程量对比

主要工程量见表1。

②投资对比

主要工程量对应投资见表2。

③小结

从经济角度仅考虑主要工程量对应投资分析，其中定向钻方案投资最大，大开挖方案次之，陡坎斜井方案投资最少，仅为定向钻方案的45%。陡坎斜井方案从经济角度对比分析有明显优势。

3.2 施工组织分析评价

主要从施工工艺、施工组织以及施工辅助工程方面对大开挖方案、定向钻方案和陡坎斜井方案进行分析评价。

①施工工艺

大开挖方案为自上而下的全坡面机械开挖方式，主要工艺为：施工准备→测量放线→机械进场→坡面开挖→坡面下方土方清运→形成施工作业面。

定向钻方案为自上而下穿越方式，先期引导孔，后期进行扩孔的施工方式，主要工艺为：施工准备→测量放线→设备进场→穿越导向孔→回扩→回拖→形成施工作业面。

陡坎斜井方案为自上而下全断面人工开挖方式，主要工艺为：施工准备→测量放线→设备进场→斜井人工开挖→形成施工作业面。

经施工工艺分析，大开挖方案技术成熟，工艺不复杂，主要存在问题为开挖土方堆置、施工中自然坡面破坏大、增加水土流失和坡面恢复问题。

定向钻和陡坎斜井方案技术都比较成熟。陡坎斜井采用人工开挖施工简单，能充分发挥人的能动性，而就采用设备进行分析陡坎斜井采用的设备较小，数量也较少，相对于定向钻机和相应的较大辅助设备，黄土高塬沟壑区具有明显优势。

②施工组织

大开挖方案施工班组主要由开挖组、装载土方组、土方运输组、协调组，测量组5个小组组成，可形成大开挖施工工作组，一般为7-8人，为机械施工。

定向钻方案施工班组由定位导向组、钻机控制组（班长）、泥浆工作组、钻机维护组、辅助工作组5各小组，一般为5-7人，为机械施工。

陡坎斜井人工开挖一般分为4个作业小组，即掘进小组、运土小组、洞外作业小组、测量小组。四个小组为一班，共同配合，即可顺利完成工作，一般为4-6人。

从施工组织情况进行分析，陡坎斜井方案施工组织较紧促，有利于施工控制。

③施工辅助工程

大开挖方案、定向钻方案和陡坎斜井方案的辅助工程各不相同，大开挖方案辅助工程主要为弃渣场及通往弃渣场的道路；定向钻方案辅助工程主要为施工中施工便道和工作场地，陡坎斜井辅助工程主要为长斜井需要进行的通风设置。

从不同方案的辅助工程情况进行分析，认为在黄土高塬沟壑区修建施工道路和设置弃渣场均属于较复杂工程，而利用黄土直立性设置通风井较为可行。

3.3 水土保持角度分析评价

主要从水土保持角度中的占地、土石方以及工程弃渣方面，对各方案进行分析评价，以便分析各个方案在不同要素中的优劣。 ①占地分析与评价

大开挖方案主要占地为开挖放坡的占地，开挖土方堆置形成的弃渣场占地以及通往弃渣场修建的道路工程占地。

定向钻方案主要占地为工作场地、设备运输修建的道路以及泥浆处理。

陡坎斜井方案主要占地为工作场地占地和开挖土方临时堆置场地。

经榆济输气管道工程现场资料搜集整理，占地性质均按临时占地进行分析。方案占地情况见表3。

经对比分析，大开挖方案可利用作业带进行机械设备运输，施工场地和土方临时堆放均在作业带范围内，但需修筑运渣道路和设置弃渣场，占地面积最大；定向钻的泥浆需进行防护处理，采用机械较大需修建进场道路，施工场地面积也较大；陡坎斜井主要为施工场地和开挖土方临时堆场，占地面积均较小，能最大限度的减少地表扰动。

②土石方分析与评价

经分析，大开挖土石方利用效率最低，开挖土方全为弃方；陡坎斜井方案移动土石方总量及开挖土方量均小于定向钻方案；因此，评价认为陡坎斜井方案存在较大优势。

③弃渣分析与评价

对不同的方案进行分析得出弃渣情况，见表4。

经分析大开挖方案产生弃渣量最大，定向钻方案由于断面为圆形，弃渣量最小，而陡坎斜井断面为城门洞型，弃渣量较定向钻方案略大。大开挖方案需设置专门的弃渣场对产生的一般土石方进行堆置拦挡，将增加水土流失和地面扰动；定向钻产生的施工泥浆往往具有较高的PH值、对环境有害的重金属和有机化合物等，任意排放将造成环境污染；陡坎斜井产生少量的一般性土石方，量较小无需设置专门弃渣场进行堆放，可以就近平铺处理。

3.4 分析评价结果

从经济、施工和水土保持角度进行多方面分析评价，三种方案优缺点如下：

大开挖方案：

优点：施工难度小，技术成熟，安全性高，可利用作业带减少施工道路。

缺点：完全破坏原地貌，土方量大，增加了地表扰动面积，且地表恢复的工作量大，不利于水土保持，施工造价较高。

定向钻方案：

优点：定向钻斜井破坏原地貌较小，减少对地表的扰动；产生土方量少，有利于水土保持和环境保护。不受施工高度的限制。

缺点：对周边环境要求高，对场地要求严格，泥浆对环境造成一定污染，施工机械较大，增加了施工便道的长度。施工造价高。

陡坎斜井方案：

优点：陡坎斜井最小范围破坏原地貌，减少了地表恢复工作，有利于环境保护。造价低。

缺点：陡坎斜井受施工高度和土质条件限制，对安全设置要求较高，长度长时支护费有所增加。

经分析，在适用陡坎斜井方案施工条件的前提下，陡坎斜井方案在经济、施工和水土保持方面优势非常明显。

4 结束语

通过在适合的条件下采用陡坎斜井方案，有效地解决经济、施工和水土保持方面的问题。陡坎斜井方案的实施为建设环境友好型工程，减少地表破坏，减少工程弃渣，减少工程建设扰动，保持水土资源起到了重要作用。

参考文献：

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